Agarrándole el hilo a las cuerdas

Por: Saúl Ramos-Sánchez*

Hace casi cuatro siglos la teoría de la gravedad de Newton revolucionó la comprensión de la naturaleza. La idea parece sencilla: la atracción que la Tierra ejerce sobre una manzana para hacerla caer es la misma que controla el movimiento de los planetas. De un golpe, Newton unificó las leyes terrestres con las del cosmos, el cielo con la Tierra. Era la primera vez que alguien concluía que dos fenómenos, muy distintos en apariencia, podrían tener un único origen. Hace un siglo se reconoció con aun más sorpresa que el magnetismo y la electricidad son, en esencia, lo mismo. Y que la naturaleza no puede distinguir entre espacio y tiempo. Hoy nos preguntamos si todos los fenómenos físicos son sólo distintas expresiones de una única ley natural, las distintas caras de un dado; nos preguntamos si una teoría humana puede describir todo. La teoría de cuerdas parece ser un buen candidato.

Una razón para creer que existe algo más allá de las actuales teorías físicas de la naturaleza es que no encontramos respuesta para preguntas esenciales, como ¿por qué se expande el universo? ¿qué pasa en un hoyo negro? ¿por qué hay vida en la Tierra? Las teorías existentes proveen distintas reglas para distintos fenómenos, pero se sabe que la naturaleza es minimalista, es decir, rige los más complicados y diversos fenómenos con el menor número de reglas. Por tanto, es posible imaginar que hay una regla especial que simultáneamente combina todos los elementos naturales conocidos y provee respuestas para las más preocupantes incógnitas científicas. Desde que Einstein concibió esta idea de unificación, científicos talentosos han trabajado en su búsqueda. En los últimos años, se ha llegado a la conclusión de que una teoría tan fundamental requiere desentrañar los secretos de lo más pequeño, ir más allá de las tallas de las partículas fundamentales, tales como los quarks. De hecho, a diario se encuentran más modelos que podrían ser la respuesta al sueño de Einstein. El único problema es que sus ingredientes fundamentales no son partículas como los átomos, sino cuerdas vibrantes.

La revolucionaria idea de la teoría de cuerdas consiste en que la matería no se compone de pelotitas, sino de diminutas cuerdas de guitarra. Semejante teoría arroja desafiantes predicciones:  la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares son distintas representaciones de una gran fuerza unificadora; todas las partículas conocidas tienen hermanos gemelos súper-pesados (supersimetría); puede haber muchos otros universos paralelos en los que la vida es poco frecuente; y, además de las tres dimensiones espaciales que nos son familiares, existen seis (o siete) dimensiones adicionales que no podemos ver. Todas estas predicciones ya se encuentran bajo la lupa científica y hay razones para creer que algunas de ellas podrían ser verificadas experimentalmente muy pronto.

De acuerdo a la teoría de cuerdas, las dimensiones ocultas a nuestra vista son más pequeñas que las tres dimensiones que conocemos. Como estas dimensiones son más pequeñas que las partículas observadas hasta hoy, sus efectos en el universo pasan inadvertidos para observadores tan grandes como nosotros. A manera de comparación, un cabello para un piojo tiene evidentemente volumen y forma un largo cilindro, pero para nosotros parece una delgada línea, es decir, dos dimensiones son compactas ante nuestros ojos. Igualmente, las dimensiones extra podrían adoptar la forma de diminutos cilindros u otras figuras, lo cual -según expertos- explica el origen de la estructura de la materia (masas, cargas, interacciones). La razón de la diferencia en tamaño entre las dimensiones visibles y las ocultas debe hallarse en la historia del universo. Si antes del Big Bang las diez (u once) dimensiones de la teoría de cuerdas eran iguales, en algún momento después de la explosión las tres dimensiones observadas crecieron más que las otras. El origen de esta expansión selectiva es desconocido aún, pero recientes modelos con cuerdas proponen soluciones a éste problema y, al mismo tiempo, describen la razón por la que el universo se expande.

Las cuerdas son tan pequeñas que, por comparar, si fueran del tamaño de un microbio, una moneda del 10 centavos tendría qué ser del tamaño del universo. Y esto es una mala noticia para la teoría de cuerdas porque parece no haber esperanza de que podremos observar una cuerda directamente algún día. La reacción natural es cuestionar si una teoría cuyos elementos primarios no pueden ser detectados es digna de llevar el nombre de ciencia o se puede conformar con llamarse filosofía. Puesto de otra manera, ¿es posible verificar si esta teoría de minúsculas cuerdas concuerda con la realidad? Curiosamente, esta pregunta podría responderse con el estudio de los cuerpos más grandes del universo, las galaxias y demás objetos celestes. Un papel particular lo juegan los hoyos negros que, por su parte, fueron considerados sólo curiosidades matemáticas hasta recientemente. En ellos se acumulan pesos enormes en dimensiones pequeñísimas; por tanto, son el ambiente ideal en donde la gravedad y las otras fuerzas naturales se combinan: el mundo de las cuerdas.

De probarse que la teoría de cuerdas describe la naturaleza, ésta podría ser la clave de muchos enigmas. Respondería las interrogantes que hay en torno a los hoyos negros. Nos contaría la historia del universo antes del Big Bang. Podría insinuarnos por qué el universo es como lo conocemos. Y, desde una perspectiva filosófica, revelaría cuál es nuestro papel como seres vivos en un misterioso entorno de universos paralelos. Muchos científicos afirman que ya hay indicios de que esta teoría es atinada. Otras mentes brillantes opinan que las cuerdas son sólo objetos matemáticos. La respuesta, afortunadamente, podría estar escrita en el mundo real, en los futuros experimentos de partículas elementales, como el LHC, en gigantescos observatorios, como el Pierre Auger, o en la mente brillante de jóvenes científicos como Newton o Einstein cuando legaron a la humanidad sus teorías.

* Universidad de Bonn, Alemania